煤炭氣化知識問答

前言

中國化石能源結(jié)構(gòu)為富煤、貧油和少氣，煤炭儲量僅次于美國而居世界第二位。目前煤炭消費占我國一次能源的近70%，2007年原煤產(chǎn)量約2523億噸，因此在一個相當(dāng)長的時間內(nèi)我國以煤為主的局面不會有大的改變。面對我國經(jīng)濟快速發(fā)展對能源需求持續(xù)增長以及節(jié)能減排的壓力，大力發(fā)展和應(yīng)用煤炭潔凈高效轉(zhuǎn)化利用技術(shù)是我國能源工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。面對我國石油資源短缺、國際國內(nèi)油價上升及由此引發(fā)的能源安全問題，采用先進煤轉(zhuǎn)化技術(shù)，建設(shè)環(huán)境友好、經(jīng)濟效益顯著、主導(dǎo)產(chǎn)品為可替代石油的液體燃料和石油化工品的新型煤化工產(chǎn)業(yè)，是解決或緩解我國能源緊張的一條重要途徑。同時，發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)對產(chǎn)煤地區(qū)和投資企業(yè)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高企業(yè)核心競爭能力、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義。為此，在國家政策鼓勵和政府引導(dǎo)及企業(yè)的積極參與下，煤化工產(chǎn)業(yè)在我國呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢頭。煤炭氣化是煤炭潔凈轉(zhuǎn)化的龍頭和關(guān)鍵技術(shù)，其投資占煤化工項目的50%-60%，因此煤炭氣化技術(shù)的選擇和穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟運行對項目的成敗至關(guān)重要。煤炭氣化技術(shù)已有上百年的歷史，開發(fā)了包括固定床、流化床、氣流床、熔浴床和地下氣化等典型氣化工藝100余種，其中十余種達到工業(yè)化程度。而最近十多年，以氣流床氣化為代表的大型煤炭氣化技術(shù)得到了快速發(fā)展，并在我國煤化工工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于受到煤質(zhì)特點的限制，而煤氣用戶也千差萬別，因此沒有一種“萬能”氣化爐，只能根據(jù)煤質(zhì)、煤氣規(guī)模及用途、氣化技術(shù)成熟度等特點選擇較適宜的氣化技術(shù)。考慮到煤炭氣化技術(shù)發(fā)展快，新技術(shù)或新用途不斷涌現(xiàn)，而參與煤化工的人員來自各行各業(yè)，為此編寫了這本科普性質(zhì)的煤炭氣化知識問答，內(nèi)容包括氣化的基本原理、氣化的理論基礎(chǔ)、典型氣化技術(shù)介紹、煤氣的凈化及應(yīng)用、氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢等。希望本書對未接觸氣化的人起到入門作用，同時為從事煤炭氣化技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的工程技術(shù)人員提供參考。本書由徐振剛、步學(xué)朋主編，第1-3章由徐春霞編寫，第4-6章由戢緒國編寫，第7章由董衛(wèi)國和楊宗仁編寫，第8、10、11、12、15章由王鵬編寫，第9章由鄧一英編寫，第13、14章由文芳編寫，王鵬、文芳匯總，最后由徐振剛、步學(xué)朋、王鵬統(tǒng)稿，陳文敏審定。編寫過程中得到了北京煤化工研究分院各位領(lǐng)導(dǎo)、陳文敏教授、分院工程所梁大明副所長等相關(guān)人員的大力支持，在此深表謝意。限于作者水平，書中或有疏漏不當(dāng)之處，歡迎廣大讀者給予批評指正。

內(nèi)容概要

　　本節(jié)以問答的形式深入淺出地介紹了煤炭氣化技術(shù)方面的知以。內(nèi)容包括： 　　煤炭氣化的基本原理 　　煤炭氣化的理論基礎(chǔ) 　　煤炭氣化工藝分類及其評價 　　典型煤炭氣化技術(shù)介紹（固定床、流化床、氣流床、煤炭地下氣化等）　　煤氣的凈化及應(yīng)用 　　煤炭氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢 　　本書內(nèi)容系統(tǒng)、全面、可讀性強，可供從事煤炭沽凈加工利用、煤化工、發(fā)電等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員閱讀，也適合作相關(guān)專業(yè)師生的參考書，特別適合作為煤炭氣化、煤氣凈化等專業(yè)的中級培訓(xùn)用書。

作者簡介

徐振剛，博士，研究員，現(xiàn)任煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院院長。1982年7月畢業(yè)于鞍山鋼鐵學(xué)院化工系，獲煤化工專業(yè)學(xué)士學(xué)位；1985年7月畢業(yè)于煤炭科學(xué)研究總院北京煤化學(xué)研究所，獲有機化工專業(yè)碩士學(xué)位；1991年9月-1992年11月赴德國進修煤炭氣化與煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)技術(shù)；2004年12月畢業(yè)于煤炭科學(xué)研究總院北京煤化工研究分院，獲化學(xué)工藝專業(yè)博士學(xué)位。曾先后負責(zé)或參加完成多項國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863）和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973）研究課題；數(shù)十項國家及省部級科技攻關(guān)研究課題；數(shù)十項煤化學(xué)與煤化工技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)以及工程設(shè)計項目；多項潔凈煤技術(shù)國際合作研究項目。已出版著作6本，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇。

書籍目錄

第一章　煤炭氣化的概念與基本原理 　第一節(jié)　煤炭氣化的概念　　1?什么是煤炭氣化？　第二節(jié)　煤炭氣化的原理和基本反應(yīng)　　1?煤炭氣化反應(yīng)的類型有幾種？　　2?氣化爐內(nèi)煤炭經(jīng)歷的過程有哪些？有哪些基本反應(yīng)？第二章　煤炭氣化的物理化學(xué)基礎(chǔ) 　第一節(jié)　氣化過程熱力學(xué)　　1?研究氣化過程熱力學(xué)的目的是什么？　　2?氣化反應(yīng)的熱效應(yīng)如何計算？　　3?氣化反應(yīng)平衡常數(shù)的概念及表達方式是什么？　　4?化學(xué)平衡的影響因素有哪些？　　5?碳-氫-氧氣化系統(tǒng)的平衡特征是？　　6? 煤氣組成的熱力學(xué)計算方法是？　第二節(jié)　氣化的物理過程　　1?固定床的基本概念是什么？　　2?流體通過固定床的流動狀況如何描述？　　3?流化床的基本概念是什么？　　4?流體通過流化床的基本狀況如何描述？　　5?流化床的壓降如何計算？　　6?什么是臨界流化速度(umf)？　　7?熱量傳遞的方式有幾種？　　8?固定床傳熱的基本狀況如何？　　9?流化床傳熱的基本狀況如何？　　10?質(zhì)量傳遞的概念是什么？　　11?氣固反應(yīng)的步驟有哪些？　　12?什么是分子擴散？　　13?什么是對流擴散？　　14?什么是努森擴散？　　15?分子擴散系數(shù)DAB和努森擴散系數(shù)Dk的關(guān)系？　　16?總擴散系數(shù)DC計算公式是？　第三節(jié)　氣化過程動力學(xué)　　1?研究氣化過程動力學(xué)的目的是什么？　　2?化學(xué)反應(yīng)的控制步驟含義是什么？　　3?反應(yīng)速率隨溫度的變化情況如何？　　4?主要氣化反應(yīng)的速率控制區(qū)如何描述？　　5?研究煤焦氣化反應(yīng)的動力學(xué)模型通常有哪些假設(shè)？　　6?碳和氧的反應(yīng)機理如何描述？　　7?碳和二氧化碳的反應(yīng)機理如何描述？　　8?碳和水蒸氣的反應(yīng)機理如何描述？　　9? 碳和氫的反應(yīng)機理如何描述？  第四節(jié)　氣化過程主要評價指標(biāo)　　1?氣化過程的主要評價指標(biāo)有哪些？　　2?煤氣的質(zhì)量如何描述？　　3?什么是氣化強度？　　4?什么是煤氣產(chǎn)率和消耗指標(biāo)？　　5?灰渣含碳量（原料的損失）的含義是什么？　　6?什么是碳轉(zhuǎn)化率？　　7?什么是氣化效率和氣化熱效率？　　8?什么是水蒸氣分解率？　　9?什么是汽氧比？　　10?什么是氧煤比？　　11?什么是可用率？　　12?氣化過程還有哪些指標(biāo)？第三章　煤炭氣化工藝及其分類 第四章　固定床氣化工藝 第五章　流化（沸騰）床氣化工藝第六章　氣流（夾帶）床氣化技術(shù)第七章　煤炭地下氣化 第八章　煤氣凈化處理 第九章　煤氣的組成及特性 第十章　煤氣用作燃料氣 第十一章　煤氣用作原料氣 第十二章　不同氣化工藝應(yīng)用及評價 第十三章　中國氣化用煤資源狀況及煤質(zhì)特性 第十四章　煤炭氣化過程的環(huán)保與安全主要參考文獻

章節(jié)摘錄

第六章 氣流（夾帶）床氣化技術(shù)第一節(jié) 氣流床氣化的原理1.氣流床氣化的原理是什么？所謂氣流床氣化，就是氣化劑（蒸汽與氧）將煤粉夾帶人氣化爐，在高溫下進行并流氣化反應(yīng)的過程。微小的煤粉在火焰中經(jīng)部分氧化而進行氣化反應(yīng)，所以其機理不同于移動床或流化床氣化。煤粉與氣化劑均勻混合，通過特殊的噴嘴進入氣化爐反應(yīng)段，瞬間著火，直接發(fā)生火焰反應(yīng)，溫度高達2000℃。煤粉和氣化劑在火焰中作并流流動，煤粉急速通過高溫區(qū)，來不及熔化而迅速氣化，反應(yīng)時間約數(shù)秒鐘，在上述時間內(nèi)，放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)可以認為是同時進行的。因此在火焰端部，即煤氣離開氣化爐之前，碳幾乎全部消耗盡.在高溫下，所有干餾產(chǎn)物都迅速分解，因而生成煤氣中只含有很少量的CH4。氣流床氣化的特點在于煤粒能各自被氣流隔開，每個顆粒能單獨膨脹、軟化、燒盡或形成熔渣，而與鄰近的顆粒毫不相干。燃料顆粒不易在塑性階段凝聚，因而燃料的黏結(jié)性對氣化過程沒有什么影響。在并流氣化過程中，氣化劑和碳的濃度都隨反應(yīng)的進行而降低，反應(yīng)物和生成物之間的熱交換，不像逆流氣化（如移動床）那樣接近理想地進行，因此，碳的損失是不可避免的。這里煤的反應(yīng)性決定了煤完全氣化的程度、影響了飛灰含碳量。如常壓氣化反應(yīng)性好的褐煤，飛灰含碳30％-40％，而反應(yīng)性差的貧煤則高達60％。為了使碳轉(zhuǎn)化完全，必須提高反應(yīng)溫度，因此，灰分通常以熔渣狀態(tài)排出，為此在選擇燃料時，必須注意灰分的黏溫特性。

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